Bcl-2基因家族研究進展

任玉偉，宿華威

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二臨床醫(yī)院 膽道、腹腔鏡微創(chuàng)外科，黑龍江 哈爾濱 150086)

Bcl-2基因家族研究進展

任玉偉，宿華威

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二臨床醫(yī)院 膽道、腹腔鏡微創(chuàng)外科，黑龍江 哈爾濱 150086)

Bcl-2家族蛋白是細胞凋亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等在細胞凋亡的過程中扮演著重要的角色，Bcl-2家族蛋白可直接或間接作用于線粒體來發(fā)揮它們的相應(yīng)功能。Bcl-2基因家族在缺血再灌注損傷(IRI)中也有著獨特的地位。而且Bcl-2家族的表達和調(diào)控對腫瘤細胞凋亡也具有較大的影響，如何調(diào)控Bcl-2家族成員的表達和表達后的針對性治療，成為今后研究的一個方向。本文對Bcl-2目前的研究進展作一綜述。

Bcl-2；細胞凋亡；線粒體；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；缺血再灌注損傷

[引用本文]任玉偉，宿華威. Bcl-2基因家族研究進展[J].大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2015,37(2)：202-205.

Bcl-2基因于1984年由Tsujimoto首先發(fā)現(xiàn)，1988年試驗報告Bcl-2基因可使細胞存活時間延長，1990年進一步確證Bcl-2基因具有抗細胞凋亡的功能[1]。Bcl-2基因及其表達蛋白可抑制多種組織細胞的凋亡，所以稱其為凋亡抑制基因[2]，其表達和調(diào)控是影響細胞凋亡的關(guān)鍵因素之一。Bcl-2基因家族根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)分為兩類，一類是抗凋亡的(anti-apoptotic)，如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；一類是促進凋亡的(Pro-Apoptotic)，如：Bax、Bak、Bad、Bid、Bim[3]。Bcl-2 基因抗凋亡的機制目前認為主要有：(1)拮抗促凋亡基因bax；(2)抑制促凋亡細胞色素C自線粒體釋放入胞質(zhì)；(3)阻止胞質(zhì)中的細胞色素C激活caspase；(4)抗氧化及維持細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)[4]。生理狀態(tài)下，Bcl-2基因家族的大部分抗凋亡蛋白一般作為細胞器膜的整合膜蛋白被隔離起來，而促凋亡蛋白則以非活性的形式分布于胞液中或細胞質(zhì)骨架上。一旦細胞受到凋亡信號刺激，促凋亡蛋白便在某些蛋白酶的作用下發(fā)生構(gòu)象變化，從胞液中易位到細胞器膜上，尤其是線粒體外膜，并與膜上的抗凋亡蛋白發(fā)生相互作用，調(diào)控蛋白酶和核酸酶的活性，雙向調(diào)節(jié)細胞凋亡。

1　Bcl-2家族與細胞凋亡

細胞凋亡是一種程序性細胞死亡[5]，有別于壞死，是維持機體平衡的一個重要機制，它的缺陷可能導(dǎo)致多種嚴重疾病，如神經(jīng)退行性疾病[6]、自身免疫性疾病[7]及癌癥[8-10]發(fā)生。線粒體是細胞內(nèi)產(chǎn)生能量的重要細胞器，被認為是細胞生存與死亡的調(diào)節(jié)中心。細胞因子、死亡受體、脂溶性激素、病原微生物、多種金屬離子及輻射等因素可影響線粒細胞內(nèi)的電子傳遞鏈及能量代謝,從而導(dǎo)致細胞凋亡。研究證明，在大多數(shù)凋亡信號級聯(lián)中線粒體外膜透化作用(MOMP)是最重要的一個點，細胞凋亡的線粒體途徑表現(xiàn)為MOMP和活化細胞色素C[11]，而Bcl-2家族的成員之間的相互作用可控制MOMP[12]。Bcl-2和Bd-xL主要結(jié)合在線粒體外膜，抑制細胞色素C釋放及caspases的激活發(fā)揮抗凋亡作用；相反，促凋亡蛋白如Bax 和Bak等作用于線粒體外膜，導(dǎo)致細胞色素C的釋放而導(dǎo)致細胞凋亡。最新研究發(fā)現(xiàn)線粒體膜上的galectin-7(Gal7)于紫外線照射后，Gal7的超表達增加了細胞凋亡的易感性，內(nèi)生Bcl-2與Gal7重組及交互，可顯著降低Gal7在線粒體的數(shù)量[13]，此Gal7/Bcl-2可能構(gòu)成一個新的控制細胞凋亡途徑。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(the endoplasmic reticulum，ER)是細胞凋亡的發(fā)動者，Bcl-2家族蛋白在ER膜[14]可能會構(gòu)成一個“微調(diào)”鈣代謝調(diào)節(jié)變阻器，介導(dǎo)ER啟動細胞凋亡。IRE1a是ER膜上一個抑制細胞凋亡的負調(diào)節(jié)蛋白，在Bak和Bax基因缺陷小鼠應(yīng)用衣霉素誘導(dǎo)的肝損傷模型中，肝細胞凋亡明顯減少，可能是由于缺乏IRE1a活性[15]。

2　Bcl-2家族與細胞自噬

細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)依賴于生物合成和降解之間的平衡。自噬參與細胞生長、生存、發(fā)展和死亡過程[16]。自噬在細胞的作用存在爭議。一方面,自噬作為一種適應(yīng)性反應(yīng)，為細胞提供營養(yǎng)和能量，刪除自噬基因或藥物阻斷某些自噬過程導(dǎo)致細胞死亡；另一方面，過多自噬的激活可加速細胞死亡。Bcl-2家族蛋白是自噬的主要監(jiān)管機構(gòu)[17]，自噬激活伴隨著Bcl-2蛋白含量的減少，Bcl-2小分子抑制劑進一步提高自噬活動。最近，Robert等[18]報道，細胞死亡依賴于自噬機制，抑制Bcl-2家族蛋白，可引起細胞過多死亡。因此Bcl-2可能是平衡自噬活動的一個重要的機制[19]。

3　Bcl-2與缺血再灌注損傷(IRI)

缺血/再灌注損傷(ischemia reperfusion injury,IRI)可發(fā)生在多個器官組織中，嚴重時可能導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)和多器官功能障礙[20]。IRI與移植器官的無功能和功能障礙密切相關(guān)，同時IRI也增加了移植物急慢性排斥反應(yīng)的發(fā)生率，因此減少IRI可以大大提高移植成功率?，F(xiàn)在研究較廣的移植領(lǐng)域是肝臟移植,肝臟是一個能源需求高的器官,移植過程中容易發(fā)生缺血、缺氧[21]。Bcl-2在移植器官組織中高表達[22]，可減輕缺血再灌注損傷。研究發(fā)現(xiàn)，將抗凋亡Bcl-2基因載體植入哺乳動物肝細胞中，發(fā)現(xiàn)早期線粒體變化與細胞凋亡不明顯[23]。因此Bcl-2對IRI可能有細胞保護效應(yīng)。所以今后針對Bcl-2進行開發(fā)降低IRI的藥物將成為研究的重點方向。

4　Bcl-2與腫瘤

目前惡性腫瘤的治療仍然是世界范圍內(nèi)研究的重點，由于初次治療以后腫瘤細胞對化療及放療的敏感性下降，患者不能得到完善的治療效果。細胞凋亡在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及在其產(chǎn)生耐藥中發(fā)揮著重要作用。Bcl-2家族的表達和調(diào)控對腫瘤細胞凋亡具有較大的影響[24]，其在細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮重要作用。Bcl-2還能協(xié)同原癌基因ras的作用，使細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化，從而促進腫瘤增長。許多人類腫瘤如胃腸道腫瘤[25]、淋巴瘤[26]、成神經(jīng)細胞瘤及膀胱癌等都存在著Bcl-2和(或)Bcl-xL的過度表達,且高表達的Bcl-2可抑制細胞凋亡，使細胞生長加速，進而導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Bcl-2家庭成員通過一個精確的平衡(BAX,BAK,and BH3-only proteins)和pro-survival(BCL2及其最親密的同系物,BCLXL BCLW和MCL-1)調(diào)節(jié)細胞程序性凋亡和控制細胞生長[27]?，F(xiàn)研究發(fā)現(xiàn),PUMA的功能在腫瘤細胞中明顯受到抑制，超過50%的人類腫瘤細胞存在p53的變異[28]，而突變的p53能消除由化療和放療誘導(dǎo)的PUMA的上調(diào)。PUMA是p53上調(diào)凋亡調(diào)控因子,屬于Bcl-2 家族中只含有一個BH3結(jié)構(gòu)域蛋白成員，可在包括基因毒性應(yīng)激、癌基因無受控表達、氧化還原狀態(tài)改變等多種應(yīng)激條件下，誘發(fā)依賴p53及非依賴p53機制的細胞凋亡。PUMA主要機制是將凋亡信號傳導(dǎo)給線粒體，經(jīng)過各種途徑激活Bcl-2 家族成員中的Bax和(或)Bak，通過釋放細胞色素C，細胞色素C在ATP的存在下可與凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)結(jié)合形成凋亡復(fù)合體然后進一步聚集上調(diào)caspase導(dǎo)致細胞凋亡[29]。在有關(guān)乳腺癌發(fā)病研究中發(fā)現(xiàn)低Bcl-2表達與乳腺癌易感性有積極的關(guān)系，而高Bcl-2表達與乳腺癌預(yù)后正相關(guān)[30]。在肺癌裸鼠模型中，Bcl-2超表達可使肺癌細胞對紫杉醇更敏感，紫杉醇抗腫瘤療效顯著增加[31]。Bcl-2蛋白質(zhì)已被確認為有抗癌治療價值，其抑制劑如藤黃酸、N-aryl馬來酰亞胺已經(jīng)開發(fā)并用于多種惡性腫瘤臨床試驗，包括慢性淋巴細胞白血病等。抑制Bcl-2表達的反義寡核苷酸或小分子抑制劑目前正在進行臨床試驗，此外,Bcl-2家族蛋白在癌癥患者的細胞免疫反應(yīng)中有突出作用,免疫介導(dǎo)抗腫瘤治療正成為一個熱點研究方向[32]。

綜上所述,近年來大量的研究表明，Bcl-2基因家族作為一類細胞凋亡相關(guān)基因，在調(diào)控細胞凋亡、降低缺血再灌注損傷、抗腫瘤等方面具有重要作用。深入研究Bcl-2的結(jié)構(gòu)、不同階段的表達及調(diào)控機制，研究和開發(fā)Bcl-2家族相關(guān)靶向藥物如Bcl-2家族抗凋亡蛋白抑制劑等，對更好的治療腫瘤等疾病具有重要的臨床意義。

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Research progress of the Bcl-2 gene family

REN Yu-wei,SU Hua-wei

(DepartmentofBiliary,LaparoscopicMinimallyInvasiveSurgery,theSecondAffiliatedClinicalHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150086，China)

Bcl-2 family proteins are key regulatory molecules of apoptosis. Mitochondria and endoplasmic reticulum etc. play important roles in the process of apoptosis. Bcl-2 family proteins can have direct or indirect effects on mitochondria to play its function. Bcl-2 gene family has also a unique role in ischemia-reperfusion injury (IRI). The expression and regulation of Bcl-2 family has great influence on tumor cell apoptosis. How to regulate the expression of Bcl-2 family members and the expression-related target therapy have become a direction of future research. This article summarizes the present research progress.

Bcl 2； cell apoptosis; mitochondria； endoplasmic reticulum (ER)； ischemia reperfusion injury(IRI)

綜述10.11724/jdmu.2015.02.25

任玉偉(1989-)，男，河南周口人，碩士研究生。E-mail:ryw89618@126.com

宿華威，副主任醫(yī)師。E-mail:shw@medmail.com.cn

R3

A

1671-7295(2015)02-0202-04

2014-07-31；

2015-01-21)